化学机械研磨装置及系统制造方法及图纸

一种化学机械研磨装置及系统。所述装置包括：晶圆支撑座，用于支撑待研磨的晶圆，所述晶圆的待研磨面向上；研磨垫，设置在所述晶圆支撑座的上方，所述研磨垫的研磨面向下且与所述晶圆的待研磨面相对，所述研磨垫的研磨面的面积小于所述晶圆的待研磨面的面积；研磨垫固定件，设置于所述研磨垫的上方，用于固定所述研磨垫；轴杆，设置于所述研磨垫固定件的上方，用于带动所述研磨垫固定件和所述研磨垫进行旋转；原料提供装置，设置在所述晶圆支撑座的上方，用于向所述晶圆的待研磨面上提供研磨液。本发明专利技术可以简单准确地实现对直径450mm及450mm以上晶圆的研磨。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种化学机械研磨装置及系统。
技术介绍
化学机械抛光(ChemicalMechanical Planarization, CMP)工艺是一种平坦化工艺，在1990年被引入集成电路制造工艺以来，经过不断实践和发展，已成为推动集成电路技术节点不断缩小的关键工艺。目前CMP已经广泛应用在浅沟槽隔离结构平坦化，栅电极平坦化，钨栓塞平坦化，铜互连平坦化等工艺中。CMP工艺也被应用于去除基底表面上的薄膜层。CMP的相关技术可以参考专利号为US5722875的美国专利，其公开了一种抛光方法和装置(method and appartus for polishing)。图1示出了现有技术的一种CMP设备的剖面结构示意图，图2示出了该CMP设备的立体结构示意图，结合图1和图2，该CMP设备包括:抛光头10 ;与抛光头10相连的轴杆11;设置于抛光头10上的用于固定晶圆(wafer) 13的夹持环(retaining ring) 12 ;位于抛光头10下方的抛光盘(platen) 14 ;与所述抛光盘14相连的传动件15 ;固定于抛光盘14上的抛光垫16 ;用于向抛光垫16上喷淋抛光液(slurry) 18的管道17。在进行CMP时，轴杆11对抛光头10提供向下的下压力(down force)，将晶圆13按压在抛光垫16上，轴杆11带动所述抛光头10沿抛光头10的轴线旋转，传动件15带动抛光盘14及抛光垫16沿抛光盘14的轴线旋转，同时管道17向抛光垫16喷淋抛光液18。在CMP过程中，晶圆13的表面部分与抛光液18发生化学反应，反应后的产物在抛光垫16的机械研磨作用下被去除，从而降低了晶圆13的表面部分的台阶高度(step height),实现了平坦化。现有技术中抛光盘14的直径需要大于被研磨晶圆13直径的两倍。当晶圆13的直径增大到450mm或450mm以上之后，抛光盘14的直径大约为I米。此时，具有以下缺点:I)抛光盘14比较大，占用的空间也很大，且抛光盘14比较笨重，不易移动；2)整个研磨机的版图非常大，制作成本高；3)由于抛光盘14比较大，抛光盘14旋转过程中的稳定性不易控制；4)研磨液18需要分布在面积大于晶圆的研磨垫上，不但浪费研磨液，而且影响研磨液的均匀分布。因此,如何实现对直径450mm及450mm以上的晶圆的研磨就成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种化学机械研磨装置及系统，以简单准确地实现对直径450mm及450mm以上的晶圆的研磨。为解决上述问题，本专利技术提供了一种化学机械研磨装置，包括:晶圆支撑座，用于支撑待研磨的晶圆，所述晶圆的待研磨面向上；研磨垫，设置在所述晶圆支撑座的上方，所述研磨垫的研磨面向下且与所述晶圆的待研磨面相对，所述研磨垫的研磨面的面积小于所述晶圆的待研磨面的面积；研磨垫固定件，设置于所述研磨垫的上方，用于固定所述研磨垫；轴杆，设置于所述研磨垫固定件的上方，用于带动所述研磨垫固定件和所述研磨垫进行旋转和移动；原料提供装置，设置在所述晶圆支撑座的上方，用于向所述晶圆的待研磨面上提供研磨液。可选地，所述化学机械研磨装置还包括:传动件，设置在所述晶圆支撑座的下方，用于带动所述晶圆支撑座进行旋转。可选地，所述研磨垫为圆形，所述晶圆为圆形，所述研磨垫的直径大于或等于所述晶圆的半径。可选地，所述研磨垫的直径与所述晶圆的半径之间的差值大于或等于O且小于或等于10cm。可选地，所述原料提供装置包括:承载筒，固定在所述研磨垫固定件的上表面；研磨液供应管，设置在所述承载筒的上方，用于供应研磨液；所述研磨垫固定件和所述研磨垫中设置有多个贯穿所述研磨垫固定件和所述研磨垫的通孔。可选地，所述承载筒为上下开口中空筒状。可选地，所述承载筒的高度范围包括:5cm 20cm。可选地,所述多个通孔在所述研磨垫固定件和所述研磨垫上均匀分布。可选地，所述多个通孔在所述研磨垫固定件和所述研磨垫上呈辐射形或方格形分布。可选地,所述通孔的直径范围包括:0.5mm 5mm。可选地，所述原料提供装置还包括:去离子水供应管，设置在所述承载筒的上方，用于供应去离子水。可选地，所述原料提供装置还包括:1个或多个其他液体供应管道，设置在所述承载筒的上方，用于供应其他液体。可选地,所述化学机械研磨装置还包括:研磨垫修整器(Pad conditioner),设置在所述晶圆支撑座附近，所述研磨垫修整器的修整面向上。可选地，所述研磨垫修整器下方设置有转动轴，所述转动轴用于带动研磨垫修整器进行旋转。可选地，所述晶圆支撑座包括多区域压力控制系统(multi zone pressurecontrol system)。可选地，所述晶圆支撑座上表面的边缘设置有夹持环，所述夹持环围成的面积大于所述晶圆的上表面的面积。可选地，所述夹持环的厚度等于或小于所述晶圆的厚度。可选地，所述化学机械研磨装置还包括:控制器，连接所述轴杆，控制所述轴杆进行旋转和移动。为解决上述问题，本专利技术还提供了一种包括多个所述化学机械研磨装置的化学机械研磨系统。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点:I)采用晶圆在下研磨垫在上的方式，所述研磨垫的研磨面的面积可以小于所述晶圆的待研磨面的面积，从而采用较小的研磨垫就可以实现对直径450mm及450mm以上的晶圆的研磨；相应地，减小了整个化学机械研磨装置的体积，使得化学机械研磨装置占用的空间较小，易于移动；整个化学机械研磨装置的版图也会减小，制作成本降低；由于研磨垫较小，保证了研磨垫旋转过程中的稳定性；研磨液需要喷洒的面积不大于晶圆的面积，在节省研磨液的同时，也提高了研磨液分布的均匀性。2)本专利技术提供的化学机械研磨装置同样可以应用于直径小于450_的晶圆，在扩大应用范围的同时，研磨垫的面积更小，化学机械研磨装置的体积也更小，制作成本低，研磨垫的稳定性更好，喷洒液的分布也更均匀。3)可选方案中，所述原料提供装置包括:承载筒，固定在所述研磨垫固定件的上表面；研磨液供应管，设置在所述承载筒的上方，用于供应研磨液；所述研磨垫固定件和所述研磨垫中设置有多个贯穿所述研磨垫固定件和所述研磨垫的通孔，从而研磨液只需喷洒在研磨垫上即可，从而进一步节省了研磨液，也进一步提高了研磨液分布的均匀性。4)可选方案中，多个通孔在研磨垫固定件和研磨垫上均匀分布，保证研磨液在研磨垫上均匀分布。5)可选方案中，所述原料提供装置还包括:去离子水供应管，设置在所述承载筒的上方，用于供应去离子水，从而不但可以实现对晶圆上的研磨液或抛光副产品等的冲洗，而且能在化学机械研磨装置出故障时，通过向晶圆上喷洒去离子水，起到对晶圆的保护作用。尤其是在对金属进行研磨出现故障时，可能有大量研磨液仍然停留在晶圆表面，喷洒在晶圆上的去离子水可以防止晶圆的金属腐蚀(Metal Corrosion),避免晶圆报废。6)晶圆支撑座包括多区域压力控制系统，从而保证了晶圆不同区域所受支撑的均匀性。7)晶圆支撑座上表面的边缘设置有夹持环，所述夹持环围成的面积大于所述晶圆的上表面的面积，从而保证了晶圆不会从晶圆支撑座上滑下来，对晶圆起到了保护作用。附图说明图1为现有技术的一种CMP设备的剖面结构示意图；图2为图1所示的CMP设备的立体结构示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种化学机械研磨装置，其特征在于，包括：晶圆支撑座，用于支撑待研磨的晶圆，所述晶圆的待研磨面向上；研磨垫，设置在所述晶圆支撑座的上方，所述研磨垫的研磨面向下且与所述晶圆的待研磨面相对，所述研磨垫的研磨面的面积小于所述晶圆的待研磨面的面积；研磨垫固定件，设置于所述研磨垫的上方，用于固定所述研磨垫；轴杆，设置于所述研磨垫固定件的上方，用于带动所述研磨垫固定件和所述研磨垫进行旋转和移动；原料提供装置，设置在所述晶圆支撑座的上方，用于向所述晶圆的待研磨面上提供研磨液。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈枫，周梅生，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31